[发明专利]一种利用超声波检测马铃薯空心的方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用超声波技术，检测马铃薯是否空心的方法与装置，属于农产品品质无损检测技术领域，具体涉及到用于马铃薯空心病的检测与诊断的方法与装置。

背景技术

马铃薯空心病是马铃薯存在的主要缺陷之一，它会降低马铃薯的食用、种用及深加工用价值，给种植者、加工者以及消费者带来较大的经济损失。无损检测近年来得到了广泛重视，其中超声波以其方向性好、穿透能力强、对人体和环境无害等优点，在工业及医疗领域得到了广泛应用。然而果蔬组织结构内部颗粒大、不均匀而且伴有孔隙，超声在其中传播时很容易因散射而衰减。针对上述问题，本文研制了一套超声检测系统，该系统可发射低频率高能量超声波，克服了果蔬材料高衰减特性给检测带来的困难，成功用于马铃薯空心病的检测与诊断。

目前，国内外学者研究了很多技术对果蔬内部品质进行无损检测，主要包括核磁共振(庞林江,王允祥,何志平等.核磁共振技术在水果品质检测中的应用[J].农机化研究,2006,8:176-180.)、激光(药林桃,刘木华,刘道金等.激光技术在农产品质量检测中的研究进展[J].激光生物学报,2007,16(3):369-373.)、计算机视觉(焦文兴,潘天丽,李月娥.计算机视觉技术在农产品品质检测中的应用[J].陕西农业科学,2003(5):29-33.)、高光谱成像(赵杰文，刘剑华，陈全胜等.利用高光谱图像技术检测水果轻微损伤[J].农业机械学报,2008,39(1):106-109.)、近红外光谱(韩东海,王加华.水果内部品质近红外光谱无损检测研究进展[J].中国激光,2008,35(8):1123-1131.)、主动热成像技术(周建民,周其显.基于主动热成像技术的苹果早期机械损伤检测[J].农机化研究,2010(8):162-165.)、X射线(刘小勇,张辉元,董铁等.苹果水心病无损检测与防治研究进展[J].果树学报,2008,25(5):721-726.)等。这些技术的应用主要集中在果蔬内部的糖度、酸度、水分、果肉坚实度等内部品质指标的检测。目前，并没有利用超声波对马铃薯空心进行无损检测的的相关技术，经检索也没有发现相关报导。

发明内容

本发明的目的是提出一种快速、精准检测马铃薯空心病的装置和方法，该方法采用超声波无损检测方法，可以发射低频率高能量超声波，克服了果蔬材料高衰减特性给检测带来的困难，可用于马铃薯空心病的检测与诊断。

本发明提出的检测马铃薯空心病的装置由由超声波发射电路、超声波接收电路、单片机核心控制电路和超声传感器、按键模块和显示模块组成。

（1）超声波发射电路，该电路主要由低压直流模块、MOSFET驱动模块、MOSFET全桥变换模块、脉冲变压器升压模块组成；

（2）超声波接收电路，该电路主要由前置放大模块、带通滤波模块、后级放大模块、回波输出模块组成；

（3）单片机核心控制电路，该电路主要由STC89C52单片机和外设电路组成；

（4）按键模块；

（5）显示模块；

（6）超声传感器，由一个超声发射传感器和一个超声接收传感器组成。

上述装置的各模块的主要特征和功能包括：

（1）超声波发射电路，主要用于由低压直流电产生高压双极性电脉冲激励信号，电脉冲激励信号波形参数由单片机核心电路控制，用于驱动KHz级超声波发射传感器，以产生低频高能超声波，用于穿透待测马铃薯。

（2）超声波接收电路，主要用于接收透过马铃薯的超声信号，通过带通滤波模块滤除干扰成份，后级放大模块、回波输出模块并实现信号的放大与输出。

（3）单片机核心控制电路，主要用于产生控制信号，调节电脉冲信号的波形参数，所述波形参数包括激励脉冲信号的频率、个数、重复周期等，控制电子开关的通断，以及为按键模块和显示模块提供信息交互。

（4）按键模块，主要用于人机通讯，控制参数的调节。

（5）显示模块，主要用于显示检测结果。

（6）超声传感器，主要用于发射KHz级超声波，以及接收超声波信号，两传感器采用单发单收模式。

本发明采用上述检测马铃薯空心病的装置对马铃薯空心病诊断方法，主要包括以下具体步骤：

（1）组建超声波检测系统，所述检测系统由超声波发射电路、超声波接收电路、单片机核心控制电路和超声传感器、按键模块和显示模块组成，调试上述超声波检测系统，使各模块能够正常工作；对马铃薯开始检测；